基于DSP的压电式六维加速度传感器的信号采集与处理技术的研究

摘要

六维加速度由运动体相对于惯性坐标系运动的三维线加速度和三维角加速度构成，能够准确地反映物体的运动趋势。对六维加速度进行一次积分可以得到物体运动的三维线速度和三维角速度，进一步积分可以得到物体的空间位置和姿态，因此六维加速度传感器在交通运输监测、地震预测、机器人控制、武器技术等领域具有广泛的应用前景。
　　 本文根据一种基于六个压电式单轴加速度传感器的压电式六维加速度传感器的敏感单元布局，开发了以DSP芯片TMS320F2812为核心的压电式六维加速度传感器信号采集与处理系统，实现了压电式六维加速度传感器的多通道单轴加速度传感器输出信号的实时采集和六维加速度的求解。同时，为了方便六维加速度传感器与使用设备连接，本文开发的基于DSP的压电式六维加速度传感器信号采集与处理系统提供了模拟输出接口、USB接口和UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收/发送装置)接口。
　　 本文的研究成果和主要工作包括：
　　 1.根据本实验室开发的一种基于六个压电式单轴加速度传感器的压电式六维加速度传感器的敏感单元布局，分析了压电式六维加速度传感器的系统构成，设计了以DSP为核心处理器CPLD协同工作的数据采集与处理系统。该系统以TI公司的高速32位定点DSP芯片TMS320F2812处理器为核心，具体实现AD转换和算法处理功能，同时结合XC95144控制输出接口单元中的模拟输出、USB接口和UART接口通讯。该系统为六维加速度传感器系统实时处理和高精度传感提供了硬件平台。
　　 2.设计了压电式六维加速度传感器信号采集与处理系统的软件系统，该系统由逻辑控制部分和信号采集与处理部分组成：逻辑控制程序完成了DSP外设的地址译码和逻辑控制；信号采集与处理部分实现了六维加速度传感器的多通道单轴加速度传感器输出信号的实时采集、六维加速度的解算及输出。
　　 3.建立了六维加速度传感器数据采集与处理系统的实验测试系统，测试了基于DSP的压电式六维加速度传感器数掘采集与处理系统的性能。测试结果表明本文开发的六维加速度传感器的信号采集与处理系统不仅能够实现构成六维加速度传感器的多通道单轴加速度传感器输出信号的实时采集，而且通过数值运算可以得到六维加速度输出，输出线加速度求解误差小于0.05 m/s2，角加速度求解误差小于0.05 rad/s2，延时小于0.16 ms，满足压电式六维加速度传感器高精度、实时传感的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1引言

1.2多维加速度传感技术

1.2.1基于单一惯性质量的多维加速度传感器

1.2.2基于多个惯性质量的六维加速度传感器

1.3数据采集与处理技术

1.4本文研究的目的、内容和研究意义

1.4.1本文研究的目的

1.4.2本文的主要工作

1.4.3本文研究的意义

2基于DSP的压电式六维加速度传感器的信号采集与处理系统的原理

2.1引言

2.2压电式六维加速度传感器的系统构成

2.2.1六维加速度传感器的基本原理

2.2.2系统组成

2.3基于DSP的压电式六维加速度传感器数据采集与处理系统的总体方案

2.3.1 DSP单元

2.3.2信号预处理单元

2.3.3输出接口单元

2.4本章小结

3基于DSP的压电式六维加速度传感器的信号采集与处理系统的硬件设计

3.1引言

3.2 DSP单元的实现

3.2.1 DSP芯片的选择

3.2.2 DSP及外围电路的实现

3.2.3 CPLD电路的实现

3.3信号采集单元电路的实现

3.4信号预处理单元电路的实现

3.5输出接口单元的实现

3.5.1模拟输出电路的实现

3.5.2 USB接口电路的实现

3.5.3 UART接口电路的实现

3.6电源电路的设计

3.7电路板的设计和基本测试

3.8本章小结

4基于DSP的压电式六维加速度传感器的信号采集与处理系统的软件设计

4.1引言

4.2基于DSP的压电式六维加速度传感器信号采集与处理系统的软件的总体设计

4.3 CPLD程序设计

4.3.1 CPLD开发软件的介绍

4.3.2输出接口单元电路的实现

4.4 DSP的软件设计

4.4.1系统初始化程序

4.4.2信号采集程序

4.4.3预处理程序

4.4.4模型解算程序

4.4.5输出程序

4.4.6命令文件的编写

4.5本章小结

5基于DSP的压电式六维加速度传感器的信号采集与处理系统的实验测试

5.1引言

5.2基于dSPACE实时仿真系统的实验测试

5.2.1实验装置

5.2.2测试结果及分析

5.3基于六维加速度传感器敏感单元的实验测试

5.3.1实验装置

5.3.2测试结果及分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2论文工作的主要创新点及贡献

6.3后续研究工作与展望

致 谢

参考文献

附 录